באילו פרמטרים יש להתמקד בבחירת דיודות סולאריות?

一, פרמטרים של ביצועים חשמליים: מחווני ליבה הקובעים את יעילות האנרגיה והבטיחות של המערכת
1. ירידת מתח קדימה (Vf) ואובדן הולכה
ירידת מתח קדימה מתייחסת למפלת המתח של דיודה במהלך הולכה קדימה, המשפיעה ישירות על יעילות המרת האנרגיה של מערכת פוטו-וולטאית. אם ניקח לדוגמא מערך פוטו-וולטאי של 1000W, אם משתמשים בדיודה עם Vf=0.5V, אובדן ההולכה הוא 5W (מהווה 0.5% מהספק המוצא); אם נבחר מודל ההפסד האולטרה--עם Vf=0.3V, ניתן להפחית את ההפסד ל-3W, והחיסכון השנתי באנרגיה יכול לעלות על 20 קילוואט-שעה (מחושב על סמך ייצור חשמל יומי ממוצע של 5 שעות).

מגמות בתעשייה:

דיודות סיליקון קרביד (SiC), עם מאפייני ה-Vf הנמוכים שלהן (0.2-0.3V), מחליפות בהדרגה דיודות מסורתיות מבוססות סיליקון ונמצאות בשימוש נרחב בתחנות כוח קרקע גדולות.
על פי נתונים מיצרן אינוורטר פוטו-וולטאי מסוים, השימוש בדיודות SiC הגדיל את יעילות המערכת ב-0.8% והפחית את LCOE (עלות מפולסת של חשמל) ב-3.2%.
2. זמן התאוששות הפוך (Trr) ואובדן-תדר גבוה
בשליטה ב-MPPT (מעקב אחר נקודות כוח מקסימלי) של מערכים פוטו-וולטאיים, דיודות צריכות להפעיל ולכבות לעתים קרובות מצבי הפעלה/כיבוי. זמן התאוששות הפוך ארוך יכול להוביל לעלייה משמעותית בהפסדי מתגים ואף לגרום להפרעות אלקטרומגנטיות (EMI). לדוגמה, בתדר מיתוג של 10kHz, אובדן הדיודה של Trr=100ns גבוה ב-40% מזה של מודל Trr=50ns.

הצעת בחירה:

יש לתת עדיפות לדיודות התאוששות מהירה (FRD) או דיודות התאוששות מהירה (SRD) עם Trr פחות מ-50ns או שווה ל-50ns, מתאימות במיוחד ליישומים בתדר גבוה- כגון ממירי מחרוזות.
מחקר מקרה של תחנת כוח פוטו-וולטאית בהספק של 50MW מראה כי על ידי אופטימיזציה של פרמטרי הדיודה Trr, ניתן להגדיל את ייצור החשמל השנתי של המערכת ב-1.2%, השווה להפחתת פליטת פחמן ב-800 טון.
3. מתח פירוק הפוך (Vbr) ושולי בטיחות
מתח התפרקות הפוך הוא המתח ההפוך המקסימלי שדיודה יכולה לעמוד בו, שצריך להיות גבוה ממתח המעגל הפתוח (Voc) של המערך הפוטו-וולטאי ולהשאיר מרווח ביטחון. לדוגמה, עבור מערך עם Voc=600V, יש לבחור דיודות עם Vbr גדול מ-800V או שווה ל-800V כדי להתמודד עם תנאי הפעלה קיצוניים כגון תנודות מתח ומכות ברק.

תקנים בתעשייה:

תקן IEC 62109 דורש שהדיודה Vbr חייבת להיות גדולה או שווה ל-1.25 פעמים מערך Voc ועליה לעבור מבחן מחזור טמפרטורה מ-40 מעלות עד +85 מעלות.
עקב השימוש בדיודות עם Vbr לא מספיק בפרויקט פוטו-וולטאי מבוזר, 30% מהרכיבים ניזוקו לאחר פגיעות ברק, וכתוצאה מכך הפסדים כלכליים ישירים העולה על 500000 יואן.
4. זרם מדורג (אם) ועיצוב תרמי
הזרם הנקוב צריך לכסות את זרם המוצא המרבי של המערך הפוטו-וולטאי ולקחת בחשבון את מקדם הפחתת הטמפרטורה. לדוגמה, בסביבה של 50 מעלות, יש להפחית את הזרם הנקוב של דיודה ב-20% -30% בהשוואה ל-25 מעלות. בנוסף, יש להעריך את ביצועי פיזור החום באמצעות פרמטר ההתנגדות התרמית (R θ JA) כדי למנוע ירידה בביצועים הנגרמת כתוצאה מהתחממות יתר.

תוכנית ניהול תרמי:

על ידי שימוש במצעי נחושת או גופי חום להפחתת ההתנגדות התרמית, מערכת פוטו-וולטאית ביתית עשתה אופטימיזציה לתכנון פיזור החום שלה, הפחיתה את טמפרטורת צומת הדיודה ב-15 מעלות והאריכה את תוחלת החיים שלה פי שלושה.
מומלץ לבחור דיודות להרכבה על פני השטח עם R θ JA פחות או שווה ל-10 מעלות /W, המתאימות לתרחישים של מיקרו אינוורטר מוגבל במקום.
2, פרמטרים של הסתגלות סביבתית: "מגן מגן" להתמודדות עם תנאי עבודה קיצוניים
1. טווח טמפרטורת עבודה (Tj)
מערכות פוטו-וולטאיות מתמודדות לעתים קרובות עם טווח טמפרטורות קיצוני של -40 מעלות עד +85 מעלות, ודיודות צריכות לשמור על ביצועים יציבים בטווח זה. לדוגמה, נתונים שנמדדו מתחנת כוח פוטו-וולטאית מדברית מראים שדיודות מסורתיות מגדילות את Vf ב-15% בטמפרטורות גבוהות, וכתוצאה מכך הפסד שנתי של 2.1% בייצור החשמל; האובדן של דגמי טווח טמפרטורות רחב (-55 מעלות עד +175 מעלות ) הוא רק 0.3%.

חדשנות חומרית:

דיודות גליום ניטריד (GaN) הן בחירה אידיאלית עבור יישומי-טמפרטורות גבוהות בשל מאפייני הפער הגבוה שלהן. לאחר אימוץ דיודות GaN במערכת פוטו-וולטאית מסויימת המותקנת במכונית, היעילות עלתה ב-5% ב-60 מעלות.
2. עמידות לקרינה (TID)
עבור יישומים פוטו-וולטאיים בחלל או-בגובה רב, דיודות צריכות להיות מסוגלות לעמוד בפני קרינה מייננת מלאה (TID). לדוגמה, דיודות בדרגת תעופה וחלל צריכות לעבור בדיקת קרינה של 100 קראד (Si) כדי להבטיח שהביצועים שלהן לא ידרדרו תוך 10 שנים בסביבת החלל.

הרחבת יישום קרקע:

תחנת הכוח הפוטו-וולטאית של רמת צ'ינגהאי טיבט הפחיתה את קצב הנחתת המודול מ-0.8% לשנה ל-0.3% לשנה על ידי בחירת דגמים עמידים לקרינה, ויצרה 12% נוספים מהחשמל במהלך מחזור החיים של 25 השנים שלה.
3. רמת הגנה (IP)
דיודות המותקנות בחוץ יהיו חסינות לאבק- ועמידות למים, ו-IP65 ומעלה יכולות לעמוד בפני סופות גשם, חול ואבק ובסביבות קשות אחרות. מחקר מקרה של תחנת כוח פוטו-וולטאית על החוף מראה שלדיודות IP67 יש שיעור מעבר של 100% בבדיקות ריסוס מלח, בעוד שלדיודות IP65 יש שיעור כשל של 15%.

3, מדד מהימנות: גורם המפתח הקובע את עלות מחזור החיים של מערכת
1. שיעור כשל (FIT) ו-MTBF
Failure In Time (FIT) מתייחס למספר התקלות המתרחשות כל מיליארד שעות, ו-MTBF (Mean Time Between Failures) הוא ההדדיות שלו. לדוגמה, לדיודה עם FIT=100 יש MTBF של 100000 שעות (כ-11.4 שנים), שהוא גבוה בהרבה מדרישת חיי התכנון של 25 שנה למערכות פוטו-וולטאיות.

נתוני תעשייה:

על פי נתונים סטטיסטיים של יצרן מסוים, למערכות פוטו-וולטאיות המשתמשות בדיודות מכוניות יש שיעור כשל של 0.2% בלבד בתוך 5 שנים, בעוד שדגמים תעשייתיים רגילים הם בעלי שיעור כשל של 3.5%.
2. רמת הגנת ESD
פריקה אלקטרוסטטית של גוף האדם (ESD) עלולה לפגוע בדיודות, לכן יש צורך לבחור בדגם העונה על HBM (דגם גוף אנושי) גדול או שווה ל-8kV ו-CDM (דגם טעינת מכשיר) גדול או שווה לדרישות 2kV. על פי בדיקה בפועל בקו ייצור של מודול פוטו-וולטאי, שיעור הפגמים של דיודות ללא הגנת ESD הגיע ל-5%, בעוד שדגם ההגנה היה רק ​​0.1%.

3. הסמכה ועמידה בתקנים
יש לתת עדיפות למוצרים שעברו אישורים בינלאומיים כגון UL, T Ü V, CE וכו', כדי להבטיח עמידה בתקנות בטיחות כגון IEC 62109 ו-IEC 61730. פרויקט פוטו-וולטאי שיוצא לאירופה נעצר על ידי המכס עקב דיודות שלא עוברות אישור CE, וכתוצאה מכך הפסד ישיר של 2 מיליון יורו.

4, ניתוח עלות תועלת: 'כלל הזהב' לאיזון בין ביצועים להשקעה
1. עלות רכש ראשונית לעומת עלות מחזור חיים מלא
למרות שמחיר היחידה של דיודות SiC הוא פי 3-5 מזה של דגמים מבוססי סיליקון, שיפור היעילות האנרגטית שלהן יכול לקזז את העלויות הנוספות. לדוגמה, לאחר אימוץ דיודות SiC בתחנת כוח של 100MW, ההשקעה הראשונית גדלה ב-8 מיליון יואן, אך עלות החשמל נחסכה ב-120 מיליון יואן בתוך מחזור חיים של 25 שנה, וה-IRR (החזר פנימי) גדל ב-2.3 נקודות אחוז.

2. איזון בין סטנדרטיזציה להתאמה אישית
מוצרים סטנדרטיים יכולים להפחית את עלויות הרכש והמלאי, אך מודלים מותאמים יכולים להתאים טוב יותר לדרישות תרחישים ספציפיים. לדוגמה, יצרן מיקרו אינוורטר מסוים נכנס בהצלחה לשוק היפני המצומצם על ידי התאמה אישית של דיודות בפרופיל נמוך ודחיסת עובי המוצר מ-8 מ"מ ל-3 מ"מ.

3. יציבות שרשרת האספקה
בחר ספקים בעלי יכולת ייצור מספקת ומחזורי אספקה ​​קצרים כדי למנוע עיכובים בפרויקט שנגרמו ממחסור במלאי. חברת TOP5 פוטו-וולטאית עולמית קיצרה את מחזור האספקה ​​מ-12 שבועות ל-4 שבועות והגדילה את ניצול הקיבולת השנתי ב-15% על ידי הקמת הסכם מלאי אסטרטגי עם יצרני דיודות.

5, מקרה בתעשייה: חוכמה מעשית בבחירת פרמטרים
מקרה 1: "קמפיין בטמפרטורה גבוהה" עבור תחנות כוח פוטו-וולטאיות מדבריות
תחנת כוח מדברית של 500MW במזרח התיכון עומדת בפני האתגר של טמפרטורה גבוהה של 60 מעלות. דיודות מסורתיות המבוססות על סיליקון- חוות עלייה ב-Vf והרחבה של Trr בטמפרטורות גבוהות, וכתוצאה מכך ירידה של 1.8% ביעילות המערכת. על ידי מעבר לדיודות GaN (Vf=0.25V, Trr=30ns), היעילות השתפרה ל-98.5% וייצור החשמל השנתי גדל ב-28 מיליון קילוואט-שעה.

מקרה 2: "מהפכת האנטי-של קורוזיה" של הפוטו-וולטאים מהחוף
הפרויקט הפוטו-וולטאי הימי של Jiangsu Rudong משתמש בדיודות רמת הגנה IP68, בשילוב עם טכנולוגיית ציפוי ננו, כדי להשיג שיעור כשל אפס בתוך 5 שנים בסביבה עם ריכוז תרסיס מלח העולה על פי 5 מהרמה המקובלת, בעוד שלדגם המסורתי יש שיעור כשל שנתי של 8%.

מקרה 3: אופטימיזציית עלויות של חשמל פוטו-וולטאים ביתי
מערכת פוטו-וולטאית של משק בית מסוים משתמשת בדיודות עיליות בעלות Vf=0.3V ו-R θ JA=8 מעלות/W כדי להפחית את עלויות פיזור החום ב-30% תוך שמירה על יעילות, ולקצר את תקופת ההחזר של ההשקעה של המערכת ל-6 שנים.